大學(xué)物理磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

大學(xué)物理磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)演講人：日期：目錄CATALOGUE磁場(chǎng)基本概念與性質(zhì)磁場(chǎng)中的高斯定理與環(huán)路定理洛倫茲力與安培力磁場(chǎng)中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)換與守恒磁場(chǎng)在現(xiàn)代科技中應(yīng)用01磁場(chǎng)基本概念與性質(zhì)磁場(chǎng)定義磁場(chǎng)是一種物理場(chǎng)，能夠傳遞磁體間的磁力作用。產(chǎn)生原因磁場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)電荷（電流）產(chǎn)生，磁體內(nèi)部的電子自旋和軌道運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)定義及產(chǎn)生原因磁感應(yīng)強(qiáng)度描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，是矢量，具有大小和方向。磁通量描述磁場(chǎng)通過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)，是標(biāo)量，只有大小沒(méi)有方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁通量概念磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向規(guī)定為小磁針在該點(diǎn)靜止時(shí)N極所指的方向。磁場(chǎng)方向與磁場(chǎng)方向垂直的導(dǎo)體中電流的方向，可用右手螺旋定則確定磁場(chǎng)方向。電流方向磁場(chǎng)方向與電流方向關(guān)系洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力稱(chēng)為洛倫茲力，洛倫茲力的方向垂直于磁場(chǎng)方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向所構(gòu)成的平面。帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的方向垂直于磁場(chǎng)方向和粒子運(yùn)動(dòng)方向所構(gòu)成的平面。磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力02磁場(chǎng)中的高斯定理與環(huán)路定理高斯定理內(nèi)容及應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例利用高斯定理求解電場(chǎng)分布，如均勻帶電球體、無(wú)限長(zhǎng)帶電直線等情況。高斯定理表述在閉合曲面內(nèi)的電荷之和與產(chǎn)生的電場(chǎng)在該閉合曲面上的電通量積分之間的關(guān)系，即∮E·dS=∑q/ε?。環(huán)路定理表述在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合路徑的線積分，等于這閉合路徑所包圍的各個(gè)電流的代數(shù)和乘以磁導(dǎo)率，即∮B·dl=μ?∑I。應(yīng)用舉例利用環(huán)路定理求解磁場(chǎng)分布，如電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)、長(zhǎng)直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)等情況。環(huán)路定理內(nèi)容及應(yīng)用舉例磁場(chǎng)中的高斯定理和環(huán)路定理都描述了場(chǎng)與源之間的關(guān)系，高斯定理描述了電場(chǎng)與電荷之間的關(guān)系，而環(huán)路定理描述了磁場(chǎng)與電流之間的關(guān)系。兩個(gè)定理都揭示了場(chǎng)的線積分與場(chǎng)源之間的定量關(guān)系，具有深刻的物理意義。磁場(chǎng)中高斯定理與環(huán)路定理關(guān)系在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要同時(shí)運(yùn)用高斯定理和環(huán)路定理來(lái)解決復(fù)雜的電磁場(chǎng)問(wèn)題。磁場(chǎng)中的能量只能通過(guò)磁場(chǎng)線傳遞，而不能與電荷直接相互作用轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。磁場(chǎng)中能量守恒定律表述磁場(chǎng)中的能量密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比，即w=B2/2μ?。磁場(chǎng)能量密度在分析電磁現(xiàn)象時(shí)，可以通過(guò)能量守恒定律來(lái)判斷磁場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)化和傳遞情況。磁場(chǎng)能量守恒的應(yīng)用磁場(chǎng)中能量守恒定律01020303洛倫茲力與安培力運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受到的力，即磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。洛倫茲力定義F=QvB，其中F為洛倫茲力，Q為電荷量，v為電荷運(yùn)動(dòng)速度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。洛倫茲力計(jì)算公式由左手定則確定，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向，拇指指向受力方向。洛倫茲力方向洛倫茲力定義及計(jì)算公式通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的作用力。安培力定義安培力計(jì)算公式安培力方向f=IBLsinα，其中f為安培力，I為電流強(qiáng)度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，α為電流方向與磁場(chǎng)方向的夾角。垂直于由通電導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向所構(gòu)成的平面，由左手定則確定。安培力定義及計(jì)算公式洛倫茲力是安培力的微觀表現(xiàn)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是作用于運(yùn)動(dòng)電荷的力，而安培力是作用于通電導(dǎo)線的力。洛倫茲力與安培力相互關(guān)聯(lián)洛倫茲力公式中的Qv可以看作電流強(qiáng)度I的微觀表達(dá)，因此洛倫茲力與安培力在本質(zhì)上是一致的。洛倫茲力與安培力之間關(guān)系通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到安培力的作用，可能導(dǎo)致導(dǎo)體形狀的改變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體中電流有力的作用根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的安培力方向垂直于電流方向和磁場(chǎng)方向的平面，因此磁場(chǎng)可以改變導(dǎo)體中電流的方向。磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體中電流方向的影響根據(jù)安培力公式f=IBLsinα，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度B增大時(shí)，安培力f也會(huì)相應(yīng)增大，從而可能影響導(dǎo)體中電流的大小。磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體中電流大小的影響磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體中電流影響04磁場(chǎng)中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用用于計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小，判斷感應(yīng)電流的方向。法拉第電磁感應(yīng)定律定義閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。法拉第電磁感應(yīng)定律公式e=-NΔΦ/Δt，其中e是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，N是線圈匝數(shù)，ΔΦ是磁通量的變化量，Δt是時(shí)間變化量。法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙原磁場(chǎng)的變化。楞次定律定義楞次定律內(nèi)容及應(yīng)用舉例判斷感應(yīng)電流的方向，確定感應(yīng)磁場(chǎng)的方向，從而了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中磁場(chǎng)、電流和受力的關(guān)系。楞次定律應(yīng)用在電磁鐵控制電路中，利用楞次定律設(shè)計(jì)電路，可以實(shí)現(xiàn)電磁鐵的快速吸合和釋放。應(yīng)用舉例自感和互感現(xiàn)象分析自感現(xiàn)象當(dāng)導(dǎo)體中的電流發(fā)生變化時(shí)，它周?chē)拇艌?chǎng)就隨著變化，并由此產(chǎn)生磁通量的變化，因而在導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象?；ジ鞋F(xiàn)象當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在臨近的另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象。自感和互感的應(yīng)用自感現(xiàn)象在電感和電磁鐵中有重要應(yīng)用，互感現(xiàn)象在變壓器和電磁感應(yīng)傳感器中有廣泛應(yīng)用。渦流定義在金屬塊內(nèi)部，由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象叫渦流。渦流產(chǎn)生條件導(dǎo)體回路要處在變化磁場(chǎng)中，或?qū)w相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，才能在導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流。渦流的應(yīng)用與防止在變壓器、電機(jī)和電磁鐵中，利用渦流產(chǎn)生熱量和電磁力；在需要避免渦流的場(chǎng)合，如電磁流量計(jì)、電磁測(cè)量?jī)x表中，要采取措施防止渦流的產(chǎn)生。渦流及其產(chǎn)生條件01020305磁場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)換與守恒磁力做功磁場(chǎng)能對(duì)放入其中的磁體產(chǎn)生力的作用，當(dāng)磁體在磁場(chǎng)中發(fā)生位移時(shí)，磁場(chǎng)力將對(duì)磁體做功，從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)能量與其他形式能量的轉(zhuǎn)換。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)換方式電流在導(dǎo)線中流動(dòng)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)過(guò)程是電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能的過(guò)程。磁場(chǎng)可以對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生力的作用，從而使電荷的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，這也是磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換的一種方式。磁場(chǎng)能量與磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比，即磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，磁場(chǎng)能量越高。磁場(chǎng)能量與磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系在磁場(chǎng)中，能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式時(shí)，總能量保持不變，即能量守恒定律在磁場(chǎng)中依然成立。磁場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)換的守恒性雖然磁場(chǎng)中能量可以轉(zhuǎn)換，但轉(zhuǎn)換過(guò)程往往是不可逆的，即某些能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)損失，無(wú)法完全恢復(fù)為原來(lái)的形式。磁場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)換的不可逆性磁場(chǎng)中能量守恒定律表述磁場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)換實(shí)例分析01電動(dòng)機(jī)是利用磁場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)換的典型實(shí)例，它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)電機(jī)則是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，通過(guò)磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。電磁鐵是利用電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理，將電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能，從而實(shí)現(xiàn)磁力的控制和調(diào)節(jié)。在電磁鐵斷電后，磁場(chǎng)消失，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。0203電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電磁鐵06磁場(chǎng)在現(xiàn)代科技中應(yīng)用利用磁力使列車(chē)懸浮于軌道之上，通過(guò)電磁力實(shí)現(xiàn)列車(chē)與軌道的無(wú)接觸運(yùn)行。磁懸浮原理磁懸浮列車(chē)原理及優(yōu)勢(shì)磁懸浮列車(chē)具有速度快、噪音低、磨損小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速、長(zhǎng)距離運(yùn)輸。技術(shù)優(yōu)勢(shì)上海磁懸浮列車(chē)專(zhuān)線，連接上海市區(qū)與浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了快速、便捷的交通方式。應(yīng)用實(shí)例利用強(qiáng)磁場(chǎng)和射頻波使人體組織中的氫原子核產(chǎn)生共振，并接收其釋放的能量信號(hào)進(jìn)行成像。磁共振成像原理磁共振成像技術(shù)可用于診斷腦部、關(guān)節(jié)、肌肉等部位的病變，具有無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。醫(yī)學(xué)應(yīng)用磁共振成像技術(shù)還可用于材料科學(xué)、物理、化學(xué)等領(lǐng)域的研究。其他應(yīng)用磁共振成像技術(shù)原理及應(yīng)用磁性材料在磁記錄領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如硬盤(pán)、磁帶等存儲(chǔ)設(shè)備。磁記錄材料利用磁性材料的磁光效應(yīng)，可以開(kāi)發(fā)出光存儲(chǔ)器、光開(kāi)關(guān)等光電子器件。磁光材料磁性傳感器在測(cè)量、控制、通信等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如地磁傳感器、磁編碼器等。磁傳感器磁性材料